JP2007098796A - Driving method of liquid droplet ejection head, and liquid droplet ejector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクなどの液滴を吐出する液滴吐出装置に係り、詳細には、液滴吐出装置の駆動方法及び液滴吐出装置に関する。 The present invention relates to a droplet discharge device that discharges droplets of ink or the like, and more particularly to a driving method of the droplet discharge device and a droplet discharge device.
液滴吐出装置には、液滴吐出ヘッドとしてインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置がある。また、インクジェット記録装置では、をサーマル方式に加え、ピエゾ素子などの圧電素子をアクチュエータとする圧電方式を用いたものがある。 As the droplet discharge device, there is an ink jet recording device including an ink jet recording head as a droplet discharge head. In addition, some inkjet recording apparatuses use a piezoelectric method in which a piezoelectric element such as a piezoelectric element is used as an actuator in addition to the thermal method.
圧電素子を用いたインクジェット記録装置では、圧電素子によってインクが充填された圧力発生室の膨張、収縮等を行うことにより体積(容積)変化させ、これによる内部圧力の変化によって、圧力発生室に連通させたノズルの先端からインクの液滴を吐出させる所謂ドロップオンデマンド方式を用いたものがある。 In an ink jet recording apparatus using a piezoelectric element, the volume (volume) is changed by expanding or contracting the pressure generating chamber filled with ink by the piezoelectric element, and the pressure generating chamber communicates with the change of the internal pressure due to this change. Some use a so-called drop-on-demand system in which ink droplets are ejected from the tip of the nozzle.
一般に、インクジェット記録ヘッドには、圧電素子ごとにスイッチング素子を設け、スイッチング素子のオン/オフによって駆動電圧の印加/停止を行って、ノズルからのインク液滴の吐出を制御している。 In general, an ink jet recording head is provided with a switching element for each piezoelectric element, and application / stop of a driving voltage is controlled by turning on / off the switching element to control ejection of ink droplets from a nozzle.
このために、インクジェット記録ヘッドには、圧電素子ごとに、スイッチング素子を駆動する信号線を接続する必要があり、また、一つの圧電素子の駆動を制御するスイッチング素子の数が増えると、そのスイッチング素子の数だけ信号線が必要となる。また、ノズルの高密度化に伴って圧電素子が密集することにより配線が複雑化し、配線作業も難しくなってしまう。 For this reason, it is necessary to connect a signal line for driving the switching element for each piezoelectric element to the ink jet recording head, and when the number of switching elements for controlling the driving of one piezoelectric element increases, the switching is performed. There are as many signal lines as the number of elements. In addition, as the density of the nozzles increases, the density of the piezoelectric elements increases, making the wiring complicated and wiring work difficult.
近年の高画質化を狙った滴径変調(液滴体積の変調)を実現するためには、複数の駆動波形を同時に生成する必要があり、そのためにスイッチング素子の数が倍増してしまうと共に、スイッチング素子の集合体であるICと制御基板間の配線数も多くなり、処理も複雑となる(例えば、特許文献1参照。)。 In order to realize droplet diameter modulation (modulation of droplet volume) aiming at high image quality in recent years, it is necessary to simultaneously generate a plurality of drive waveforms, which doubles the number of switching elements, The number of wires between the IC, which is an assembly of switching elements, and the control board increases, and the processing becomes complicated (see, for example, Patent Document 1).
制御基板からスイッチング素子ICまでの配線に対しては、印字の1周期内に複数の駆動波形を順次生成させ、ICを制御することで任意の駆動波形を選択して滴径変調を実現する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。 For wiring from the control board to the switching element IC, a plurality of drive waveforms are sequentially generated within one printing cycle, and an arbitrary drive waveform is selected by controlling the IC to realize droplet diameter modulation. Has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
しかし、この提案でも、個々の圧電素子への独立した配線が必要であり、多ノズル、高密度化に対してスイッチング素子と圧電素子間の配線の複雑さを解決することができない。また、後述するように、駆動波形の長さが長いために高速印字に適していない。 However, this proposal also requires an independent wiring to each piezoelectric element, and cannot solve the complexity of the wiring between the switching element and the piezoelectric element for high nozzle density and high density. Further, as will be described later, since the drive waveform is long, it is not suitable for high-speed printing.
一方、圧電素子とスイッチング素子間の部品や配線の削減を図る方法として、複数の駆動素子を複数のブロックに分割し、ブロックごとに圧電素子を駆動するインクジェットプリンタの提案がなされている(例えば、特許文献3参照。)。 On the other hand, as a method for reducing the number of parts and wiring between the piezoelectric element and the switching element, there has been proposed an ink jet printer that divides a plurality of driving elements into a plurality of blocks and drives the piezoelectric elements for each block (for example, (See Patent Document 3).
ところで、インクジェット記録装置においても、他の画像記録装置と同様に高画質化及び高速化が要求されている。 Incidentally, in the ink jet recording apparatus, high image quality and high speed are required as in other image recording apparatuses.
前記したようにインクジェット記録装置では、圧電素子へ印加する駆動電圧の波形(駆動波形)を制御するなどして、吐出滴量を調整するドット径変調(液滴変調)を行うことにより印字階調の向上を図ることができ、また、インクジェット記録ヘッドにインク液滴の吐出用として設けるノズルの高密度化により、印字速度の向上と共に、高画質化を図ることができる。 As described above, in an ink jet recording apparatus, printing gradation is performed by performing dot diameter modulation (droplet modulation) for adjusting the amount of ejected droplets by controlling the waveform (driving waveform) of the driving voltage applied to the piezoelectric element. In addition, by increasing the density of the nozzles provided in the ink jet recording head for discharging ink droplets, it is possible to improve the printing speed and improve the image quality.
しかしながら、圧電素子型のインクジェット記録装置においては、イジェクタ内の圧力変動を制御するための数十μsecの長さを持つ駆動波形が必要となる。特許文献3の提案では、印字周期内に発生できる駆動波形の長さによりブロックの分割数に制約が発生する。また、ブロックごとに液滴の記録紙上への着弾位置が、解像度の分割数に応じてずれるという問題がある。 However, in a piezoelectric element type ink jet recording apparatus, a drive waveform having a length of several tens of microseconds is required to control pressure fluctuation in the ejector. In the proposal of Patent Document 3, the number of block divisions is limited by the length of the drive waveform that can be generated within the printing cycle. Further, there is a problem that the landing position of the droplet on the recording paper for each block is shifted in accordance with the number of resolution divisions.
また、サーマル方式では、駆動時間(電圧印加時間)が短いために、マトリックス駆動方式を用いて複数の圧力発生素子を時分割で駆動することも可能であるが、ピエゾ素子などの圧電素子では、イジェクタ内の圧力波制御が必要となり、サーマル方式の圧力発生素子に比較して駆動時間を短くすることは難しい。このため、1印字周期の中で複数の圧電素子へ所定の駆動波形を印加するには、圧電素子の数が限られることになり、また、圧電素子のそれぞれに、所定の駆動波形を印加するためには印字速度が犠牲となり、高速化が困難となるという問題がある。
本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、高画質化、高速化を妨げることなく、配線などの簡略化を可能とする圧電素子の駆動方法及び液滴吐出装置を提案することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above facts, and proposes a driving method of a piezoelectric element and a droplet discharge device that can simplify wiring and the like without hindering high image quality and high speed. Objective.
上記目的を達成するための本発明は、圧電素子に印加される電圧変化に応じてノズルから液滴を吐出する液滴イジェクタが複数配列され、液滴イジェクタのそれぞれから液滴を吐出するときの液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、行列形式に電気的に接続された複数の前記圧電素子のそれぞれに対して圧電素子の一方の端子を接地可能とする複数のスイッチング素子を設け、前記スイッチング素子のオン・オフを切り替える列制御信号を前記圧電素子の列単位で入力すると共に、前記圧電素子の他方の端子側を、所定電圧の印加状態、接地状態及び開放状態に切り替える行信号を圧電素子の行単位で入力して、前記圧電素子の一対の端子間に電圧変化を形成することにより前記液滴イジェクタから液滴を吐出する、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a plurality of droplet ejectors that eject droplets from nozzles according to a change in voltage applied to a piezoelectric element are arranged, and droplets are ejected from each droplet ejector. A method for driving a droplet discharge head, comprising: a plurality of switching elements that allow one terminal of a piezoelectric element to be grounded to each of the plurality of piezoelectric elements electrically connected in a matrix form; A column control signal for switching on / off of the element is input in units of columns of the piezoelectric element, and a row signal for switching the other terminal side of the piezoelectric element to an applied state, a ground state, and an open state is applied to the piezoelectric element. The liquid droplets are ejected from the droplet ejector by forming a voltage change between the pair of terminals of the piezoelectric element.
この発明によれば、それぞれにスイッチング素子が接続されている圧電素子を、例えばm行×n列の行列形式で接続し、列単位の列制御信号と、行単位の行制御信号によって、圧電素子のそれぞれに所定電圧を印加可能としている。 According to the present invention, the piezoelectric elements to which the switching elements are connected are connected in a matrix form of, for example, m rows × n columns, and the piezoelectric elements are obtained by column control signals in units of columns and row control signals in units of rows. A predetermined voltage can be applied to each of these.
圧電素子は、回路上でコンデンサと等価であり、スイッチング素子がオンされることにより一方の端子が接地されているときに、行制御信号によって他方の端子に所定電圧が印加されることにより、この電圧に充電され、一対の端子の少なくとも一方が開放されることにより充電状態が保持される。 The piezoelectric element is equivalent to a capacitor on the circuit, and when one terminal is grounded by turning on the switching element, a predetermined voltage is applied to the other terminal by the row control signal. The charged state is maintained by being charged with a voltage and opening at least one of the pair of terminals.
また、圧電素子が所定電圧に充電された状態で、スイッチング素子がオンされると共に、行信号によって他方の端子が接地されることにより、圧電素子に蓄積されえている電荷が放電される。 In addition, the switching element is turned on while the piezoelectric element is charged to a predetermined voltage, and the other terminal is grounded by the row signal, whereby the charge accumulated in the piezoelectric element is discharged.
このような充電、放電を行うことにより圧電素子の端子電圧は、略台形状の駆動波形を印加されたときと同等となり、この電圧変化によって液滴が吐出可能となる。 By performing such charging and discharging, the terminal voltage of the piezoelectric element becomes equal to that when a substantially trapezoidal driving waveform is applied, and droplets can be ejected by this voltage change.
すなわち、本発明では、列制御信号と行制御信号によって、圧電素子の充電タイミング及び放電タイミングを制御することにより、圧電素子に所定の駆動波形を印加したときと同等の電圧変化を与え、この電圧変化によって圧電素子を駆動する。 That is, in the present invention, by controlling the charging timing and discharging timing of the piezoelectric element by the column control signal and the row control signal, a voltage change equivalent to that when a predetermined driving waveform is applied to the piezoelectric element is given, and this voltage The piezoelectric element is driven by the change.
これにより、複数の圧電素子を、部品数の削減が可能な行列形式で接続して駆動することができる。このときに、列制御信号と行制御信号によって、個々の圧電素子に所望の電圧変化を与えることができる。 Thereby, a plurality of piezoelectric elements can be connected and driven in a matrix form capable of reducing the number of components. At this time, a desired voltage change can be given to each piezoelectric element by the column control signal and the row control signal.
したがって、例えば、インク液滴を吐出して画像記録を行うときにも、印字階調を低下させることなく、駆動のための回路の簡素化を図ることができる。 Therefore, for example, when recording an image by ejecting ink droplets, it is possible to simplify the circuit for driving without lowering the print gradation.
このような本発明においては、列制御信号のオン・オフを、所定の周期内で列単位のそれぞれで2回以上行うことが好ましく、所定周期内でスイッチング素子を2回以上オン・オフすることにより、その周期内で、圧電素子に1波形分の電圧変化を与えることができる。 In the present invention, the column control signal is preferably turned on and off twice or more in each column unit within a predetermined period, and the switching element is turned on and off twice or more within a predetermined period. Thus, a voltage change for one waveform can be given to the piezoelectric element within the period.
また、本発明では、列制御信号のオン・オフを列単位で順に移行して繰り返すことにより、行列形式で接続している任意の圧電素子に所望の電圧変化を与えることができる。 Further, in the present invention, a desired voltage change can be applied to an arbitrary piezoelectric element connected in a matrix form by sequentially switching on and off the column control signal in units of columns and repeating.
さらに、本発明においては、行制御信号を列制御信号に同期して、開放状態から接地状態、所定電圧の印加状態、開放状態の何れかに切り替え、その状態を所定時間保持した後に、開放状態に切り替えることが好ましい。また、本発明では、行制御信号による所定電圧の印加状態が、複数の電圧の間で切り替えられものであっても良く、これにより、予め設定されている一定電圧の変化のみでなく、複数段階の電圧変化を与えることができる。 Further, in the present invention, the row control signal is switched from the open state to the ground state, the predetermined voltage application state, or the open state in synchronization with the column control signal, and the open state is maintained after the state is maintained for a predetermined time. It is preferable to switch to. Further, in the present invention, the application state of the predetermined voltage by the row control signal may be switched between a plurality of voltages, whereby not only a preset constant voltage change but also a plurality of stages The voltage change can be given.
このような本発明が適用される液滴吐出装置は、それぞれが圧電素子に印加される電圧信号に応じてノズルから液滴を吐出する複数の液滴イジェクタと、複数の前記圧電素子を行列形式に電気的に接続するとき、複数の圧電素子のそれぞれに対して設けられて圧電素子の一方の端子を接地可能とするスイッチング素子を列単位で制御可能に接続すると共に、圧電素子の他方の端子側を圧電素子の行単位で接続するマトリックス回路と、前記スイッチング素子を前記圧電素子の列単位でオン・オフする列制御信号を前記マトリックス回路へ入力する列制御手段と、前記圧電素子の他方の端子側を、前記所定電圧の印加状態、接地状態及び開放状態に切り替える行信号を圧電素子の行単位で前記マトリックス回路に入力する行制御手段と、前記列制御手段の前記列制御信号の出力及び前記行制御手段の前記行信号の出力を制御することにより、前記圧電素子のそれぞれを駆動して前記液滴イジェクタから液滴を吐出する駆動制御手段と、を含むものであれば良い。 Such a droplet discharge device to which the present invention is applied includes a plurality of droplet ejectors that discharge droplets from nozzles in accordance with voltage signals applied to the piezoelectric elements, and a plurality of piezoelectric elements in a matrix format. A switching element that is provided for each of the plurality of piezoelectric elements so that one terminal of the piezoelectric element can be grounded is controllably connected in units of columns and the other terminal of the piezoelectric element. A matrix circuit for connecting the sides in units of rows of piezoelectric elements, column control means for inputting a column control signal for turning on / off the switching elements in units of columns of the piezoelectric elements to the matrix circuit, and the other of the piezoelectric elements Row control means for inputting a row signal for switching the terminal side between the application state of the predetermined voltage, the ground state and the open state to the matrix circuit in units of rows of piezoelectric elements, and the column Driving control means for driving each of the piezoelectric elements to discharge droplets from the droplet ejector by controlling the output of the column control signal of the control means and the output of the row signal of the row control means; As long as it contains.
また、前記列制御手段は、所定周期内で各列に対して2回以上のオン・オフを行う前記列制御信号を出力することが好ましく、前記スイッチング素子をオン・オフする前記列制御信号を前記列単位で順に出力するものであることがより好ましい。 The column control means preferably outputs the column control signal for turning on / off at least twice for each column within a predetermined period, and the column control signal for turning on / off the switching element is output. It is more preferable that the data is output in order in units of columns.
これにより、例えば、インクジェット記録装置として適用したときに、印字速度の低下を生じさせることなく、高画質の画像記録が可能となる。 Thereby, for example, when applied as an ink jet recording apparatus, high-quality image recording is possible without causing a decrease in printing speed.
また、前記行制御手段は、前記行信号を、前記列制御信号に同期して、開放状態から、接地状態、所定電圧の印加状態、開放状態、の何れかに切り替え、所定時間その状態を保持した後に開放状態に切り替えることが好ましい。 The row control means switches the row signal from an open state to a ground state, a predetermined voltage application state, or an open state in synchronization with the column control signal, and maintains the state for a predetermined time. After that, it is preferable to switch to the open state.
また、前記行制御手段は、所定電圧を出力可能とする第1のスイッチング素子と、出力側を接地可能とする第2のスイッチング素子と、を含み、前記第1及び第2のスイッチング素子を別々にオンする行制御信号が前記駆動制御手段から入力されるものであっても良く、前記第1のスイッチング素子が出力する電圧と異なる電圧を出力可能とする第3のスイッチング素子を含み、前記第1ないし第3のスイッチング素子を別々にオンする行制御信号が前記駆動制御手段から入力されるものであってもよい。 Further, the row control means includes a first switching element capable of outputting a predetermined voltage and a second switching element capable of grounding the output side, and the first and second switching elements are separately provided. A row control signal that is turned on may be input from the drive control means, and includes a third switching element that can output a voltage different from the voltage output by the first switching element, A row control signal for individually turning on the first to third switching elements may be input from the drive control means.
さらに、液滴吐出装置としては、前記行制御手段が、前記接地状態に変えて前記所定電圧と異なる電圧の印加状態とする行信号を出力するものであっても良く、さらには、予め設定している電圧のみでなく、所定の波形で変化する電圧を印加可能とするものであっても良い。 Further, as the droplet discharge device, the row control unit may output a row signal for changing to the ground state and applying a voltage different from the predetermined voltage, and may be set in advance. It may be possible to apply not only the voltage that is applied, but also a voltage that changes with a predetermined waveform.
以上説明したように本発明によれば、マトリックス状に接続した圧電素子のスイッチング素子を列単位でオン・オフしながら、行単位で所定電圧の印加状態、接地状態に加え、開放状態を与えることにより、例えば、インク液滴を吐出して画像記録を行うときにも、印字階調や印字速度を損ねることなく、駆動のための回路の簡素化を図ることができるという効果がある。 As described above, according to the present invention, the switching elements of the piezoelectric elements connected in a matrix are turned on / off in units of columns, and an open state is given in addition to a predetermined voltage application state and a ground state in units of rows. Thus, for example, when recording an image by ejecting ink droplets, there is an effect that it is possible to simplify the circuit for driving without impairing the print gradation and the print speed.
これにより、部品数の削減、製造効率の向上、製造コストの抑制を図ることが可能となる。 As a result, it is possible to reduce the number of components, improve manufacturing efficiency, and suppress manufacturing costs.
以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
〔第1の実施の形態〕
図1には、第1の本実施の形態に、液滴吐出装置として適用したインクジェット記録装置10の概略構成を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a schematic configuration of an ink
インクジェット記録装置10には、筐体12内の下部に給紙トレイ14が設けられている。この給紙トレイ14には、記録媒体である用紙16が積層されて収容されるようになっており、給紙トレイ14に収容された用紙16は、ピックアップロール18によって最上層から1枚ずつ取り出される。
In the ink
給紙トレイ14から取り出された用紙16は、複数の搬送ローラ対20によって筐体12内に形成された給紙用の搬送路22に沿って搬送される。
The
筐体12内には、給紙トレイ14の上方に、駆動ロール24と従動ロール26に張架された無端の搬送ベルト28が配置されている。この搬送ベルト28は、駆動ロール24の回転駆動によって周回移動されるようになっている。
In the
また、この搬送ベルト28の上方には、液滴吐出ヘッドとする記録ヘッドアレイ30が配設されている。記録ヘッドアレイ30は、駆動ロール24と従動ロール26の間の搬送ベルト28の平坦部分に対向されており、記録ヘッドアレイ30の対向領域が、記録ヘッドアレイ30からインク液滴が吐出される吐出領域となっている。
A
搬送路22を搬送された用紙16は、搬送ベルト28に保持されて、吐出領域へ向けて搬送される。記録ヘッドアレイ30は、この用紙16が吐出領域を通過するタイミングで、画像情報に応じてインク液滴を吐出し、吐出したインク液滴を用紙16に付着させることにより、用紙16に画像情報に応じた画像記録を行なう。
The
また、インクジェット記録装置10では、用紙16を、搬送ベルト28で保持した状態で周回させることで、吐出領域内を複数回通過させ、所謂マルチパスによる画像記録が可能となっている。
Further, in the ink
なお、搬送ベルト28を設けず、例えば円筒状あるいは円柱状に形成された搬送ロールの外周に、用紙16を吸着するなどして保持して回転させることにより、用紙16を吐出領域に対向させる構成としたものであっても良く、このときには、吐出領域を、搬送ローラの周面に沿って湾曲させるなどして、記録ヘッドアレイと用紙16の間隔が、吐出領域内で略均一になるようにすれば良い。
A configuration in which the
本実施の形態に適用したインクジェット記録装置10の記録ヘッドアレイ30は、有効な画像記録領域(インク液滴の吐出領域)が用紙16の搬送方向と直交する方向の長さである用紙幅以上となる長尺とされており、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及び、ブラック(K)の4色に対応した4つのインクジェット記録ヘッドユニット(以下、単にヘッドユニット32とする)が、搬送方向に沿って配列されている。これにより、インクジェット記録装置10では、フルカラーの画像記録が可能となっている。
The
記録ヘッドアレイ30は、搬送方向と直交する方向に沿って不動とされているが、必要に応じて移動可能な構成であっても良く、これにより、マルチパスによる画像記録で、より解像度の高い画像記録を行ったり、液滴吐出の不具合を記録結果に現れることがないようにすることができる。なお、記録ヘッドアレイ30としては、これに限らず、用紙16の幅方向を主走査方向として、主走査方向へ移動されるものであっても良い。
The
筐体12内には、Y、M、C及びKのインク液が貯留されるインクタンク34が設けられ、ヘッドユニット32のそれぞれには、インクタンク34に対応するリザーバタンク34Aが設けられている。インクタンク34内のインク液は、リザーバタンク34A内のインク液が、ヘッドユニット32のそれぞれから用紙16へ向けて吐出されるのに応じて、図示しないインク供給パイプを介してリザーバタンク34A内に補充される。
An
また、記録ヘッドアレイ30の近傍には、4つのヘッドユニット32のそれぞれに対応する4つのメンテナンスユニット36が配置されている。このメンテナンスユニット36を用いてヘッドユニット32のメンテナンスを行うときには、メンテナンスユニット36を搬送ベルト28と記録ヘッドアレイ30の間に形成される隙間へ移動し、メンテナンスユニット36のそれぞれを、ヘッドユニット32のノズル面(搬送ベルト28側の面)に対向させる。
Further, four
この状態で、メンテナンスユニット36がバキューム、ダミージェット、ワイピング、キャッピング等の所定のメンテナンス動作を行う。なお、メンテナンスユニット36は、2つずつの2組に分けられて、記録ヘッドアレイ30を挟んで用紙16の搬送方向上流側と下流側に配置されている。
In this state, the
インクジェット記録装置10には、記録ヘッドアレイ30の搬送路22側に、搬送ベルト28に対向して帯電ロール38が設けられている。帯電ロール38は、従動ロール26との間で搬送ベルト28と共に用紙16を挟みつつ従動して、用紙16を搬送ベルト28へ押圧する押圧位置と、搬送ベルト28から離間した離間位置との間を移動される。
In the ink
この帯電ロール38は、図示しない電源から所定電圧の電力が供給されることにより、接地された従動ロール26との間で電位差が生じ、この電位差によって用紙16に電荷を与えることにより、用紙16を搬送ベルト28へ静電吸着させるようにしている。なお、インクジェット記録装置10には、帯電ロール38よりも用紙16の搬送方向上流側に図示しないレジロールが設けられており、このレジロールによって搬送ベルト28と帯電ロール38の間に送り込む用紙16の位置合わせが行われるようになっている。
The charging
記録ヘッドアレイ30より、用紙16の搬送方向下流側には、剥離プレート40が設けられており、画像記録された用紙16は、この剥離プレート40によって搬送ベルト28から剥離される。なお、剥離プレート40の下方側には、駆動ロール24との間で搬送ベルト28を挟持するクリーニングロール(図示省略)が配置されており、用紙16が剥離された搬送ベルト28の表面が、クリーニングロールによってクリーニングされるようにしている。
A separation plate 40 is provided on the downstream side of the
筐体12の上部には、排紙トレイ42が設けられ、剥離プレート40の用紙搬送方向下流側には、用紙16を排紙トレイ42へ向けて搬送する排紙搬送路44が形成されている。
A
排紙搬送路44は、複数の搬送ローラ対46を備えており、剥離プレート40によって搬送ベルト28から剥離された用紙16は、搬送ローラ対46によって搬送されて、排紙トレイ42上に排出されて集積される。
The paper
また、給紙トレイ14と搬送ベルト28の間には、複数の搬送ローラ対48によって反転搬送路50が形成されている。
Further, a
一方の面に画像記録がなされて排紙搬送路44へ送り込まれた用紙16が、この反転搬送路50へ送り込まれることにより、反転されて給紙用の搬送路22へ送り込まれる。これにより、インクジェット記録装置10では、用紙16の両面への画像記録が可能となっている。
The
一方、図2に示されるように、インクジェット記録装置10には、記録ヘッドアレイ30を用いたインク液滴の吐出を制御するコントローラ60が設けられている。インクジェット記録装置10には、例えば、パーソナルコンピュータやワークステーションなどの画像処理装置から画像データが入力されるようになっており、コントローラ60は、入力された画像データに応じて記録ヘッドアレイ30の各ヘッドユニット32によるインク液滴の吐出を制御することにより、用紙16に画像データに応じた画像記録を行う。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the ink
前記したごとく、記録ヘッドアレイ30は、用紙16の幅よりも長尺となっており、各色のヘッドユニット32は、用紙16の幅方向に沿ってインク滴を吐出するノズルが緊密に配列されている。
As described above, the
なお、ヘッドユニット32は、例えばノズルを4列などの複数列で配列し、各列のノズルが用紙16の搬送方向に沿って重ならないように二次元的に配列することにより、用紙16の幅方向に対してノズルが緊密に配列されるようにしている。また、本発明が適用される液滴吐出ヘッドの構成は、これに限るものではなく、任意の構成を適用することができる。
The
このように構成されているインクジェット記録装置10では、画像データが入力されることにより、給紙トレイ14に収容されて装填されている用紙16が、搬送路22を、従動ロール26と帯電ロール38の間へ向けて搬送される。この用紙16が従動ロール26と帯電ロール38の間へ送り込まれることにより、搬送ベルト28と共に従動ロール26と帯電ロール38によって挟持され、搬送ベルト28へ押し付けられることにより搬送ベルト28に保持される。
In the ink
搬送ベルト28に保持された用紙16は、搬送ベルト28の周回移動によって記録ヘッドアレイ30のヘッドユニット32に対向する吐出領域を通過するときに、ヘッドユニット32から画像データに応じてインク液滴が吐出されることにより、画像データに基づいた画像記録がなされる。
When the
ここで、1パスのみで画像記録がなされるときには、剥離プレート40によって搬送ベルト28から用紙16が剥離され、剥離された用紙16を排紙搬送路44に沿って搬送して、排紙トレイ42へ排出する。また、マルチパスで画像記録を行うときには、搬送ベルト28を周回移動することにより、用紙16を、複数回吐出領域を通過させて画像記録が行われ、画像記録が終了すると用紙16を搬送ベルト28から剥離し、排紙トレイ42へ排出する。
Here, when image recording is performed in only one pass, the
ところで、ヘッドユニット32には、インク液滴を吐出する液滴イジェクタ64が配置されている。この液滴イジェクタ64は、圧力発生素子、圧力室及びノズル部が形成されている。また、液滴イジェクタ64は、アクチュエータとして設ける圧力発生素子として、ピエゾ素子などを用いた圧電素子62を適用しており、圧電素子62は、印加された電圧によって変形して、液滴イジェクタ64の図示しない圧力室(圧力発生室)の壁面の一部を形成している振動板を振動させる。液滴イジェクタ64は、この振動板の振動によって圧力発生室の膨張、収縮がなされることにより、圧力発生室内のインクの液滴をノズルから吐出する。
Incidentally, the
このような液滴イジェクタ64としては、圧電素子62を用いた公知の一般的構成を適用でき、ここでは詳細な説明を省略する。また、記録ヘッドアレイ30に設けるY、M、C、Kの各色のヘッドユニット32の基本的構成は、同じであり、以下では、1色分のヘッドユニット32について説明する。
As such a
コントローラ60には、駆動IC(Integrated Circuit)などを用いた駆動制御回路66が設けられている。駆動制御回路66には、図示しない電源回路から、圧電素子62の駆動用として所定電圧の電力が供給されるようになっている。
The
なお、駆動制御回路66は、例えば、Y、M、C、Kの各色のヘッドユニット32ごとに設けられ、それぞれがコントローラ60に接続されていてもよく、また、Y、M、C、Kの各色のヘッドユニット32が一つの駆動制御回路66に接続されていても良い。
The
コントローラ60は、駆動制御回路66に、クロック信号、画像データに応じた印刷データ及びラッチ信号等を出力し、駆動制御回路66からヘッドユニット32の各圧電素子62へ出力する電力制御を行うことにより、ヘッドユニット32の各液滴イジェクタ64のノズルからの吐出滴量を制御して、用紙16に画像データに応じた画像記録を行う。
The
一方、ヘッドユニット32には、トランスファーゲートを形成するスイッチICを用いた駆動回路68が設けられている。この駆動回路68には、マトリックス駆動回路70及び行制御回路72が形成されている。
On the other hand, the
本実施の形態では、m個の圧電素子62を一組とすると共にn組を一つのブロックとして、ヘッドユニット32に設けている多数の圧電素子62を複数のブロックに分割して、分割したブロックごとにマトリックス駆動回路70と行制御回路72を設けている。
In this embodiment, m
駆動制御回路66は、マトリックス駆動回路70及び行制御回路72へ所定の制御信号を出力する。マトリックス駆動回路70は、駆動制御回路60から入力される制御信号及び行制御回路72から入力される制御信号に基づいて、1ブロック分(m×n個)の各圧電素子62へ印加する電圧を制御する。
The
なお、このときの1ブロックとしては、例えば、ヘッドユニット32にノズルを二次元的に配列していることから、列数nに対して、用紙16の幅方向に沿ってm行分のノズルに対応する圧電素子62を1組として、用紙16の幅方向にブロックを設けるようにすることができる。
As one block at this time, for example, since the nozzles are two-dimensionally arranged in the
ここで、本実施の形態では、一例として4行×3列(m=4、n=3)となる12個の圧電素子62を1ブロックとして、この1ブロック分の圧電素子62を例に説明する。
Here, in this embodiment, as an example, twelve
駆動制御回路66では、圧電素子62ごとに所定の駆動波形を与えることで、ノズルからインク液滴を吐出させるドロップオンデマンド方式を適用している。
The
圧電素子62は、コンデンサと等価であり、所定の電圧が印加されると、端子電圧がその電圧となるように充電され、また、GND(0v)に接続されることにより、蓄積されている電荷を放電して、端子電圧が0vとなる。さらに、圧電素子62は、所定電圧に充電された状態で少なくとも一方の端子が開放されることにより、充電状態が保持される。
The
液滴エジェクタ64は、圧電素子62が充電されるとき、又は、充電状態から放電されるときに、図示しない振動板が圧力発生室の拡大又は縮小方向へ振動し、これにより、圧力発生室の拡縮によって圧力発生室内のインク液がノズルから吐出される。すなわち、圧電素子62への電圧印加がオンからオフ又はオフからオンに切り替ることにより、ノズルからインク液滴が吐出される。
When the
また、1ドット分の印字周期(以下、単に印字周期とする)内でオン/オフまたはオフ/オンが繰り替えされるか、オン時の印加電圧やオン/オフのタイミングが変わることにより吐出滴量が変化する。 In addition, the amount of ejected droplets is changed by repeating ON / OFF or OFF / ON within a printing cycle for one dot (hereinafter simply referred to as a printing cycle), or by changing the applied voltage or ON / OFF timing at ON. Changes.
ここで、第1の実施の形態では、図3に示されるように、圧電素子62の駆動電圧(印加電圧)Vを電圧V1とし、放電状態(0v)から1印字周期T内で、少なくとも2回のオン/オフによってインク液滴が吐出され、オン/オフ回数が増えることにより、印字周期T内で形成されるドット(1ドット)の径が大きくなるように、あるいは安定した吐出を可能となるようにしている。
Here, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, the drive voltage (applied voltage) V of the
図4A及び図4Bには、本実施の形態に適用したマトリックス駆動回路70の概略構成を示している。なお、ここでは、12個の圧電素子62を圧電素子Pzij(ただし、i=1〜m、j=1〜n、ここでは、i=1〜4、j=1〜3)として示しており、以下、特定の圧電素子62を示すときには、圧電素子Pzij等と記す。また、図4A及び図4Bは同一の回路を示しており、図4Aでは圧電素子62を直線状に配列して示し、図4Bでは圧電素子62を行列形式(マトリックス状)に配列して示している。
4A and 4B show a schematic configuration of the
マトリックス駆動回路70では、圧電素子62(圧電素子Pzij)のそれぞれにゲートスイッチ74が設けられており、ゲートスイッチ74がオンすることにより、圧電素子Pzijの一方の電極が接地(GND)される。
In the
また、マトリックス駆動回路70には、行信号Ri(R1、R2、R3、R4)と、列制御信号Lj(L1、L2、L3)が入力されるようになっている。
The
マトリックス駆動回路70では、同一行の圧電素子Pzijに同一の行信号Riが入力されるようになっており、また、同一列の圧電素子Pzijに対するゲートスイッチ74には、同一の列制御信号Liが入力されるようになっている。
The
すなわち、圧電素子Pz11、Pz12、Pz13に行信号R1が入力され、圧電素子Pz21、Pz22、Pz23に行信号R2が入力され、圧電素子Pz31、Pz32、Pz33に行信号R3が、圧電素子Pz41、Pz42、Pz43に行信号R4が入力される。また、圧電素子Pz11、Pz21、Pz31、Pz41のゲートスイッチ74に操作信号として列制御信号L1が入力され、圧電素子Pz12、Pz22、Pz32、Pz42のゲートスイッチ74に操作信号として列制御信号L2が入力され、圧電素子Pz13、Pz23、Pz33、Pz43のゲートスイッチ74に操作信号として列制御信号L3が入力される。
That is, the row signal R 1 to the piezoelectric element Pz 11, Pz 12, Pz 13 is inputted, the row signal R 2 to the piezoelectric element Pz 21, Pz 22, Pz 23 is input, the piezoelectric element Pz 31, Pz 32, Pz 33 row signal R 3 is, the piezoelectric elements Pz 41, Pz 42, Pz 43 to the row signal R 4 is input to. Further, the column control signal L 1 is input as an operation signal to the
これにより、マトリックス駆動回路70では、圧電素子Pzijがマトリックス状(行列形式)に接続され、行信号Riと列制御信号Ljによる圧電素子Pzijのマトリックス駆動が可能となっている。
Thus, the
一方、図5には、行制御回路72の一例を示している。この行制御回路72は、マトリックス駆動回路70に入力される行信号Riごとにスイッチ回路76が形成されている。スイッチ回路76のそれぞれは、2つのゲートスイッチ78A、78Bによって形成されている。
On the other hand, FIG. 5 shows an example of the
ゲートスイッチ78A、78Bは、一方の端子が入力端子とされ、他方の端子が出力端子とされており、ゲートスイッチ78Aは、入力端子に圧電素子Pzijの駆動用の電圧V1が入力され、ゲートスイッチ78Bは、入力端子が接地されている(GND)。
The gate switches 78A and 78B have one terminal as an input terminal and the other terminal as an output terminal. The
これにより、スイッチ回路76では、ゲートスイッチ78Aがオンされることにより、行信号Riとして電圧V1を出力し、ゲートスイッチ78Bがオンされることにより、行信号Riとして0v(GND)を出力する。また、スイッチ回路78は、ゲートスイッチ78A、78Bがオフされることにより、行信号Riとして出力側を開放する無信号状態とすることができる。
As a result, the
スイッチ回路76には、ゲートスイッチ78A、78Bの入力端子に行制御信号Ri1、Ri2が入力されるようになっており、スイッチ回路76は、この行制御信号Ri1、Ri2によってゲートスイッチ78A、78Bがオン/オフされ、行信号Riとして、電圧V1、GND及び開放(無信号)を出力する。なお、行制御信号Ri1、Ri2は、同時にオンすることのないパルス信号となっている。
The
図4A及び図4Bに示されるマトリックス駆動回路70では、行信号Riとして電圧V1が入力されているときに、列制御信号Ljによってゲートスイッチ74がオンされることにより、圧電素子Pzij(圧電素子62)に、駆動電圧V1を印加して充電し、行信号Riとして0v(GND)が入力されているときに、ゲートスイッチ74がオンされることにより、印加電圧が0vとなる(GNDされる)。
In the
また、マトリックス駆動回路70では、圧電素子Pzijが電圧V1に充電されている状態又は、GNDされた状態(放電状態)で、ゲートスイッチ74がオフするか、行制御回路72(図5参照)のゲートスイッチ78A、78Bがオフして開放状態となることにより、電圧V1の充電状態又は、GNDされた電位状態で保持される。
Further, in the
すなわち、マトリックス駆動回路70では、行信号Ri及び列制御信号Ljによって、圧電素子Pzijの印加電圧を、「0v(GND)から電圧V1」、「電圧V1の保持」、「電圧V1から0v(GND、放電)」及び、「0v(GND)の保持」の間で変化させることができるようになっており、これにより、図3に示される駆動波形に基づいた電圧変化と同等の状態を、圧電素子Pzijの端子間に生じさせることができるようになっている。
That is, in the
また、マトリックス駆動回路70では、行信号Ri及び列制御信号Ljの組み合わせによって、m×n(ここでは、4×3)個の圧電素子62のそれぞれについて、駆動電圧(印加電圧)のGND(0v)〜電圧V1の変化(充電)及び、電圧V1からGND(0v)への変化(放電)が可能となっている。
Further, in the
図6には、マトリックス駆動回路70での、行信号Riと列制御信号Ljに応じた各圧電素子Pzijの状態変化を示している。なお、図6では、行信号Riの無しである開放状態を「−」で表している。
FIG. 6 shows a state change of each piezoelectric element Pz ij according to the row signal R i and the column control signal L j in the
すなわち、列制御信号Ljとして、順にオンするパルス信号をマトリックス駆動回路70に入力しながら、行信号R1〜R4を切り替えることにより、圧電素子Pzijへの電圧印加状態を個別に切り替えることができる。
That is, the voltage application state to the piezoelectric element Pz ij is individually switched by switching the row signals R 1 to R 4 while inputting the pulse signals that are sequentially turned on as the column control signal L j to the
これにより、画像データに応じて各圧電素子Pzijが駆動される行信号Ri、すなわち、行制御信号Ri1、Ri2を行制御回路72に入力することにより、画像データに応じた画像記録が可能となる。
As a result, the row signal R i for driving each piezoelectric element Pz ij according to the image data, that is, the row control signals R i1 and R i2 are input to the
ここで、図7を参照しながら、第1の実施の形態に適用したマトリックス駆動回路70の入力信号に対する圧電素子62(Pzij)の駆動信号の一例を説明する。
Here, an example of the drive signal of the piezoelectric element 62 (Pz ij ) with respect to the input signal of the
図7(A)には、マトリックス駆動回路70に入力される列制御信号Lj(L1〜L3)の一例と示している。列制御信号Ljとしては、例えば、パルス幅(オン時間)tが、1μsecのパルス信号を用い、このパルス信号が順にオン/オフされる。
FIG. 7A shows an example of the column control signal L j (L 1 to L 3 ) input to the
このとき、パルス幅tが3μsecであっても、4×3個の圧電素子62を用いて印字を行うときに、600dpi以上の解像度での画像記録を行うことができる。なお、このパルス幅tは、圧電素子Pzijの充電及び放電に十分な時間となるように、圧電素子Pzijの充電特性及び放電特性を含めて設定されている。また。列制御信号L1、L2、L3は、オン状態が重ならないようにオン/オフのタイミングが制御されている。
At this time, even when the pulse width t is 3 μsec, when printing is performed using 4 × 3
コントローラ60は、各印字周期Tの開始タイミングで、マトリックス駆動回路70に入力する列制御信号Lj及び行信号Riによって、圧電素子PzijをGNDし、端子電圧(印加電圧)が0vとなるようにしており、この状態を初期状態として駆動波形が出力されるように駆動制御回路66から出力される行制御信号Ri1、Ri2及び列制御信号Ljを制御するようにしている。
The
一方、行制御信号Ri1、Ri2は、列制御信号Ljに同期し、かつ、印字する画像データに基づいて出力される。 On the other hand, the row control signals R i1 and R i2 are output based on image data to be printed in synchronization with the column control signal L j .
ここで、図7(C)に示されるように、圧電素子Pzi1(Pz11、Pz21、Pz31、Pz41)を駆動するときには、図7(B)に示すように、列制御信号L1がオンするタイミングで、行信号Riが電圧V1となるように、行制御信号Ri1、Ri2を出力することにより、圧電素子Pzijが電圧V1に充電されるようにし、この後、列制御信号L1がオフするタイミングで、行信号Riをオフ(開放)するように行制御信号Ri1、Ri2を出力することにより、圧電素子Pzijの端子電圧(印加電圧)が電圧V1に保持されるようにしている。 Here, as shown in FIG. 7C, when the piezoelectric element Pz i1 (Pz 11 , Pz 21 , Pz 31 , Pz 41 ) is driven, as shown in FIG. 7B, the column control signal L By outputting the row control signals R i1 and R i2 so that the row signal R i becomes the voltage V 1 at the timing when 1 is turned on, the piezoelectric element Pz ij is charged to the voltage V 1. Thereafter, at the timing when the column control signal L 1 is turned off, the row control signals R i1 and R i2 are output so that the row signal R i is turned off (opened), whereby the terminal voltage (applied voltage) of the piezoelectric element Pz ij Is held at the voltage V 1 .
また、圧電素子Pzijの印加電圧を電圧V1から0vに下げるときには、列制御信号L1がオンするタイミングで、行信号Riが0v(GND)となるように、行制御信号Ri1、Ri2を出力して、圧電素子Pzijが放電されるようにし、この後、列制御信号L1がオフするタイミングで、行信号Riをオフ(開放)するように行制御信号Ri1、Ri2を出力することにより、圧電素子Pzijの端子電圧(印加電圧)が0v(GND)に保持されるようにしている。 When the applied voltage of the piezoelectric element Pz ij is lowered from the voltage V 1 to 0 v, the row control signal R i1 , so that the row signal R i becomes 0 v (GND) at the timing when the column control signal L 1 is turned on. R i2 is output so that the piezoelectric element Pz ij is discharged, and then the row control signal R i1 , so that the row signal R i is turned off (opened) at the timing when the column control signal L 1 is turned off. By outputting R i2 , the terminal voltage (applied voltage) of the piezoelectric element Pz ij is held at 0 v (GND).
これにより、圧電素子Pzijの中のPzi1に対して、GND〜電圧V1〜GNDと変化する一つの駆動波形を得ることができる。すなわち、圧電素子Pzi1は、列制御信号L1がオンするときに、行信号Riが電圧V1となることにより充電され、列制御信号L1のオフないし行信号Riがオフにより、電圧V1に充電された状態が保持される。 As a result, a single drive waveform that changes from GND to voltages V 1 to GND can be obtained for Pz i1 in the piezoelectric element Pz ij . That is, the piezoelectric element Pz i1 is charged by the row signal R i becoming the voltage V 1 when the column control signal L 1 is turned on, and the column control signal L 1 is turned off or the row signal R i is turned off. The state charged to the voltage V 1 is maintained.
この状態で、列制御信号L1がオンするときに、行信号RiがGNDとなることにより、圧電素子Pzi1が放電されて、端子電圧が0vとなるようにしている(GNDされる)。 In this state, when the column control signal L 1 is turned on, the row signal R i becomes GND, whereby the piezoelectric element Pz i1 is discharged so that the terminal voltage becomes 0 v (GND). .
このとき、行信号RiをGNDするタイミングによって、電圧V1に保持される時間を選択することができる。 At this time, the time during which the voltage V 1 is held can be selected according to the timing at which the row signal R i is GND.
また、圧電素子Pzi2(Pz12、Pz22、Pz32、Pz42)、圧電素子Pzi3(Pz13、Pz23、Pz33、Pz43)に対しても、同様とすることにより、端子電圧をGND〜電圧V1〜GNDと変化させることができる。 Further, the same applies to the piezoelectric element Pz i2 (Pz 12 , Pz 22 , Pz 32 , Pz 42 ) and the piezoelectric element Pz i3 (Pz 13 , Pz 23 , Pz 33 , Pz 43 ). Can be changed from GND to voltage V 1 to GND.
圧電素子Pzijでは、所定のタイミングで、この端子電圧の変化が繰り替えされることにより、端子電圧の変化に応じた駆動波形が印加されたときと同等の状態が得られ、液滴イジェクタ64のノズルから駆動波形に応じたインク液滴が吐出されることになる。 In the piezoelectric element Pz ij , the change in the terminal voltage is repeated at a predetermined timing, so that a state equivalent to that when a drive waveform corresponding to the change in the terminal voltage is applied is obtained. Ink droplets corresponding to the drive waveform are ejected from the nozzles.
一方、図8には、具体例として、圧電素子Pzijの中の圧電素子Pz11、圧電素子Pz22と圧電素子Pz32、圧電素子Pz43に個別に駆動波形を印加し、それ以外の圧電素子Pzijの駆動を停止(駆動波形の印加を停止)するときの、列制御信号Ljと行制御信号Ri1、Ri2(行信号Ri)を示している。 On the other hand, in FIG. 8, as a specific example, drive waveforms are individually applied to the piezoelectric element Pz 11 , the piezoelectric element Pz 22 , the piezoelectric element Pz 32 , and the piezoelectric element Pz 43 in the piezoelectric element Pz ij , and the other piezoelectric elements. The column control signal L j and the row control signals R i1 and R i2 (row signal R i ) when the drive of the element Pz ij is stopped (application of the drive waveform is stopped) are shown.
また、図9には、図8(C)の駆動波形を得るときの、列制御信号Ljに対する行信号Ri及び、このときの列制御信号Ljと行信号Riに基づいて圧電素子Pzijに印加される電圧の状態変化を示している。 Further, in FIG. 9, in obtaining a driving waveform of FIG. 8 (C), the row signal R i and for the column control signal L j, the piezoelectric element based on the column control signal L j and the row signal R i in this case A change in state of the voltage applied to Pz ij is shown.
このときにも、例えば、圧電素子Pz11に印加する電圧をGND〜電圧V1〜GNDに変化させるときに、列制御信号L1のオンタイミングに合わせて、行信号R1が電圧V1となるように行制御信号R11をオフし、行制御信号R12をオンする。これにより、圧電素子Pz11に印加される電圧が0v(GND)から電圧V1に上昇される。 Also at this time, for example, when the voltage applied to the piezoelectric element Pz 11 is changed from GND to voltage V 1 to GND, the row signal R 1 is set to the voltage V 1 in accordance with the on timing of the column control signal L 1. Thus, the row control signal R 11 is turned off and the row control signal R 12 is turned on. As a result, the voltage applied to the piezoelectric element Pz 11 is increased from 0 v (GND) to the voltage V 1 .
また、圧電素子Pz11が電圧V1に充電されている状態で、列制御信号L1のオンタイミングに合わせて、行信号R1がGNDとなるように行制御信号R11をオンし、行制御信号R12をオフすることにより、圧電素子Pz11を放電して、印加される電圧を電圧V1から0v(GND)に下げることができる。 Further, in a state where the piezoelectric element Pz 11 is charged to the voltage V 1 , the row control signal R 11 is turned on so that the row signal R 1 becomes GND in accordance with the ON timing of the column control signal L 1. By turning off the control signal R 12 , the piezoelectric element Pz 11 can be discharged, and the applied voltage can be lowered from the voltage V 1 to 0 v (GND).
液滴イジェクタ64は、圧電素子Pzijの印加電圧がGND〜電圧V1〜GNDと変化するのを繰り替えされることにより、インク液滴を吐出する。また、印字周期T内で印加される駆動波形の数によって、一つのドットを形成するときの吐出滴量が調整される。
The
このように、マトリックス駆動回路70を用いて、(m×n)個の圧電素子62を個別に駆動することができると共に、対応する液滴イジェクタ64から吐出する滴量の制御を合わせて行うことができる。
In this manner, the
すなわち、圧電素子Pzijの駆動を、本来の駆動波形の立ち上がり部分と立下り部分のパーツのみを用いて形成されるようにすることによりm×n個の1ブロックの圧電素子Pzijを、マトリックス駆動回路70によって個別に駆動することができる。
In other words, by driving the piezoelectric element Pz ij using only the rising and falling parts of the original driving waveform, the m × n one block of piezoelectric elements Pz ij is transformed into a matrix. It can be individually driven by the
また、第1の実施の形態では、(m×n)の圧電素子62を駆動するときに、ヘッドユニット32に、m本の列制御用の配線と(n×2)本の行制御用の配線が必要となるが、圧電素子62ごとに駆動波形とゲートスイッチ74のオン/オフ信号を入力するときに比べて、必要とする配線数を少なくすることができる。また、ヘッドユニット32に設ける駆動回路68の簡素化及び組み付け工数の削減を図ることができる。
In the first embodiment, when the (m × n)
図10(A)〜図10(C)には、このような第1の実施の形態に係るヘッドユニット32の製造工程の概略を示している。なお、ここでは、ヘッドユニット32を複数のヘッドユニットモジュールに分割して形成するときの一つのモジュールを示して説明するが、本発明が適用されるヘッドユニット32の形状やノズル配置などを限定するものではない。また、各部材の材質等は、公知の材質を適用することができ、ここでは詳細な説明を省略する。
FIGS. 10A to 10C schematically show the manufacturing process of the
このヘッドユニット32を製造するときには、まず、図10(A)に示されるように、減圧CVD法等により、絶縁基板80上に薄膜半導体回路82を形成する。
When manufacturing the
次に、絶縁基板80上に、複数の圧電素子62を形成可能な圧電素子モジュール84を実装する。このとき、圧電素子モジュール84は、絶縁基板80との間に球状の半田を並べ、リフローにより、既に絶縁基板80上に形成されている薄膜半導体回路82と電気的に接続されるようにする。
Next, a
この後、圧電素子モジュール84に対して、実装する圧電素子62ごとに端面を研磨することによりアライメントを取る。また、研磨した圧電素子62の端面をダイシングすることにより、最小構成単位とする液滴モジュール64(図示省略)ごとの各圧力発生室に対応するように、圧電素子62を個別化する。
Thereafter, the
次に、図10(C)に示されるように、ヘッド本体86を実装する。このヘッド本体86は、振動板88、液滴エジェクタ64ごとの圧力発生室が形成されている圧力室形成部材90及び、圧力発生室(液滴エジェクタ64)に対応するノズル92が形成されたノズルプレート94が積層されている。
Next, as shown in FIG. 10C, the head
このようにヘッドユニット32を製造するときに、図10(A)に示すように、絶縁基板80に列制御用の配線96が接続される。また、行制御用の配線98を、振動板88に接続して、ヘッド本体86を製造しておく。なお、配線96、98としては、FFC(フレキシブルフラットケーブル)などを用いる。
When the
このように製造するヘッドアレイ32は、薄膜半導体回路82によってマトリックス駆動回路70を形成することにより、絶縁基板80に接続される配線96を列ごとに共通化できる。また、振動体88に接続される配線68を、行ごとに共通化することができる。
In the
これにより、ヘッドユニット32に接続する配線を簡素化することが可能となり、部品数の削減、製造歩留まりの向上、製造コストの低下を図ることができる。
Thereby, the wiring connected to the
なお、第1の実施の形態では、行制御回路72をヘッドユニット32に設けるようにしているが、この行制御回路72を駆動制御回路に設けることにより、ヘッドユニット32と駆動制御回路66の間の配線の簡略化を図ることができる。
〔第2の実施の形態〕
次に本発明の第2の実施の形態を説明する。なお、第2の実施の形態の基本的構成は、前記した第1の実施の形態と同じであり、第2の実施の形態において、第1の実施の形態と同一の部品には、同一の符号を付与してその説明を省略する。
In the first embodiment, the
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The basic configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment described above, and in the second embodiment, the same components as those of the first embodiment are the same. Reference numerals are assigned and description thereof is omitted.
前記した第1の実施の形態では、圧電素子62(圧電素子Pzij)を電圧V1の駆動波形で駆動するようにしたが、第2の実施の形態では、0v(GND)、電圧V1、電圧V2(V2>V1)の3レベルで変化する駆動波形で駆動する。 In the first embodiment described above, the piezoelectric element 62 (piezoelectric element Pz ij ) is driven with the drive waveform of the voltage V 1. However, in the second embodiment, 0 v (GND) and the voltage V 1 are driven. And driving with a driving waveform that changes at three levels of voltage V 2 (V 2 > V 1 ).
すなわち、図11(A)に示す電圧V2の駆動波形と電圧V1の駆動波形を用いた圧電素子62の駆動、図11(B)に示すように、電圧V1、V2で駆動可能であるときの電圧V1で駆動、などにより吐出滴量の制御を行う。
That is, driving of the
図12には、行制御回路72に換えて第2の実施の形態で適用する行制御回路100の概略構成を示している。
FIG. 12 shows a schematic configuration of the
この行制御回路100には、各スイッチ回路76Aに、電圧V1、GND及び電圧V2が入力されるようになっており、スイッチ回路76Aには、電圧V1用のゲートスイッチ78Aと、GND用のゲートスイッチ78Bに加え、電圧V2用のゲートスイッチ78Cを設けている。
The
また、各スイッチ回路76Aには、ゲートスイッチ78A、78Bの操作信号に加えて、ゲートスイッチ78Cの操作信号が入力される。なお、ここでは、ゲートスイッチ78Bの操作信号を行制御信号Ri1、ゲートスイッチ78Aの操作信号を行制御信号Ri2、ゲートスイッチ78Cの操作信号を行制御信号Ri3とする。
In addition to the operation signals for the gate switches 78A and 78B, the operation signal for the
これにより、スイッチ回路76Aでは、行制御信号Ri1〜Ri3に基づいて電圧V2、電圧V1、GND又は開放の行信号Riを出力する。このとき、駆動制御回路66では、同期信号とする列制御信号Ljと画像データに応じて行制御信号Ri1〜Ri3を出力する。
As a result, the
図13から図15には、このような行制御回路100とマトリックス駆動回路70を用いるときの圧電素子Pzijの駆動の一例を示している。なお、図13から図15では、図15に示す駆動波形を出力するものとし、図13には、このときの列制御信号Lj、行制御信号Ri1〜Ri3に基づいた行信号Riを示し、図14には、図13の列制御信号Ljと行信号Riに基づく各圧電素子62(Pzij)への電圧印加状態を示している。
FIGS. 13 to 15 show an example of driving the piezoelectric element Pz ij when such a
図13に示されるように、列制御信号Ljは、所定のパルス幅tで、列制御信号L1、L2、L3を順にオンする。なお、駆動制御回路66は、印字開始時に、圧電素子PzijをGNDして、端子電圧を0vとした後、行制御信号Ri1〜Ri3(行信号Ri)及び列制御信号Ljの出力を開始する。
As shown in FIG. 13, the column control signal L j turns on the column control signals L 1 , L 2 and L 3 in order with a predetermined pulse width t. At the start of printing, the
ここで、圧電素子Pz11の印加電圧を、0v(GND)から電圧V2に上昇するときには、列制御信号L1のオンタイミングに合わせて、行信号R1として電圧V2を発生する。すなわち、行制御信号R11、R12をオフすると共に、行制御信号R13をオンする。 Here, when the applied voltage of the piezoelectric element Pz 11 is increased from 0 v (GND) to the voltage V 2 , the voltage V 2 is generated as the row signal R 1 in accordance with the ON timing of the column control signal L 1 . That is, the row control signals R 11 and R 12 are turned off and the row control signal R 13 is turned on.
これにより、行信号R1として電圧V2が出力され、列制御信号L1がオンしていることにより、圧電素子Pz11が電圧V2に充電される。この状態で、列制御信号L1、行制御信号R11、R12、R13をオフすることにより、圧電素子Pz11は、端子電圧が電圧V2に保持される。 As a result, the voltage V 2 is output as the row signal R 1 , and the piezoelectric element Pz 11 is charged to the voltage V 2 because the column control signal L 1 is turned on. In this state, by turning off the column control signal L 1 and the row control signals R 11 , R 12 , and R 13 , the terminal voltage of the piezoelectric element Pz 11 is held at the voltage V 2 .
また、端子電圧が電圧V2に保持されている状態で、列制御信号L1のオンタイミングに合わせて、行制御信号R12、R13をオフ、行制御信号R11をオンして、行信号R1をGNDすることにより、圧電素子Pz11の端子電圧が電圧V2から下降されてGNDされる。 Further, in a state where the terminal voltage is held at the voltage V 2 , the row control signals R 12 and R 13 are turned off and the row control signal R 11 is turned on in accordance with the on timing of the column control signal L 1. By grounding the signal R 1 , the terminal voltage of the piezoelectric element Pz 11 is lowered from the voltage V 2 and is grounded.
これにより、圧電素子Pz11に対してGND〜電圧V2〜GNDに変化する駆動波形を得ることができる。 Thereby, it is possible to obtain a drive waveform that changes from GND to voltage V 2 to GND with respect to the piezoelectric element Pz 11 .
また、圧電素子Pz11の印加電圧を、0v(GND)から電圧V1に上昇するときには、列制御信号L1のオンタイミングに合わせて、行信号R1が、電圧V1となるように、行制御信号R11、R13をオフすると共に、行制御信号R12をオンする。 Further, when the applied voltage of the piezoelectric element Pz 11 is increased from 0 v (GND) to the voltage V 1 , the row signal R 1 is set to the voltage V 1 in accordance with the ON timing of the column control signal L 1 . The row control signals R 11 and R 13 are turned off and the row control signal R 12 is turned on.
これにより、行信号R1として電圧V1が出力され、列制御信号L1がオンしていることにより、圧電素子Pz11に電圧V1が印加されて充電され、端子電圧が電圧V1に上昇される。この状態で、列制御信号L1、行制御信号R11、R12、R13をオフすることにより、圧電素子Pz11では、端子電圧が電圧V1に保持され、さらに、列制御信号L1のオンタイミングに合わせて、行制御信号R12、R13をオフ、行制御信号R11をオンして、行信号R1をGNDすることにより、端子電圧が電圧V1から下降されてGNDされる。 As a result, the voltage V 1 is output as the row signal R 1 and the column control signal L 1 is turned on, so that the voltage V 1 is applied to the piezoelectric element Pz 11 to be charged, and the terminal voltage becomes the voltage V 1 . Be raised. In this state, by turning off the column control signal L 1 and the row control signals R 11 , R 12 and R 13 , the terminal voltage is held at the voltage V 1 in the piezoelectric element Pz 11 , and further, the column control signal L 1 When the row control signals R 12 and R 13 are turned off, the row control signal R 11 is turned on, and the row signal R 1 is grounded in accordance with the ON timing, the terminal voltage is lowered from the voltage V 1 and grounded. The
これにより、圧電素子Pz11に対してGND〜電圧V1〜GNDに変化する駆動波形を得ることができさらに、GND状態で、行制御信号R11、R12、R13をオフ状態とすることにより、圧電素子Pz11の印加電圧が0V(GND)に保持される。 As a result, a drive waveform that changes from GND to voltage V 1 to GND can be obtained with respect to the piezoelectric element Pz 11 , and the row control signals R 11 , R 12 , and R 13 are turned off in the GND state. Thus, the applied voltage of the piezoelectric element Pz 11 is held at 0 V (GND).
このような圧電素子Pz11に対する電圧印加は、圧電素子Pzijのそれぞれに対しても同様に行うことができ、これにより、図13(B)及び図14に示す行信号Rj(図13(B)に示す行制御信号Ri1〜Ri3)及び列制御信号Ljによって、図15に示される各圧電素子Pzijの印加電圧を得ることができる。 Such voltage application to the piezoelectric element Pz 11 can be similarly applied to each of the piezoelectric elements Pz ij , and thereby, the row signal R j (see FIG. 13 (FIG. 13 (B)) shown in FIGS. The applied voltage of each piezoelectric element Pz ij shown in FIG. 15 can be obtained by the row control signals R i1 to R i3 ) and the column control signal L j shown in B).
これにより、圧電素子62(Pzij)をマトリックス駆動したときにも、高い階調性が得られ、高品質の画像記録が可能となる。このときに、(m×n)個の圧電素子62に対して、行単位及び列単位で制御するので、制御に必要な配線数の削減と共に、配線の簡素化を図ることができる。
Thereby, even when the piezoelectric element 62 (Pz ij ) is driven in a matrix, high gradation can be obtained and high-quality image recording can be performed. At this time, since (m × n)
一方、第1及び第2の実施の形態では、予め設定されている定電圧(電圧V1又は電圧V1、V2)を圧電素子に印加するようにしたが、定電圧に換えて任意に変化させた電圧ないし電圧波形を印加することも可能である。 On the other hand, in the first and second embodiments, a preset constant voltage (voltage V 1 or voltages V 1 and V 2 ) is applied to the piezoelectric element. It is also possible to apply a changed voltage or voltage waveform.
図16には、マトリックス駆動回路70を介して所定の駆動波形(電圧波形)を印加するときに用いる行制御回路(ここでは、行制御回路100Aとする)の一例を示している。
FIG. 16 shows an example of a row control circuit (here, referred to as a
この行制御回路100Aの基本的構成は、前記した行制御回路100と同じであるが、電圧V1、電圧V2及びGNDに換えて、各スイッチ回路76Aに駆動波形A、B、Cが入力される。なお、この駆動波形A〜Cは、圧電素子62(Pzij)を用いて液滴イジェクタ64から液滴が吐出可能であれば任意の電圧又は電圧波形を適用することができる。
The basic configuration of the
ここで、例えば、行制御信号Ri1のみをオンすることにより、圧電素子Pzijに駆動波形Aの電圧を印加することが可能となり、また、行制御信号Ri2のみをオンすることにより、駆動波形Bの電圧を印加することが可能となり、さらに、行制御信号Ri3のみをオンすることにより、駆動波形Cの電圧を印加することが可能となる。 Here, for example, by turning on only the row control signal R i1, the voltage of the drive waveform A can be applied to the piezoelectric element Pz ij, and driving by turning on only the row control signal R i2. The voltage of waveform B can be applied, and the voltage of drive waveform C can be applied by turning on only row control signal R i3 .
これにより、m×n個の圧電素子Pzijを1ブロックとしてマトリックス駆動回路70によって駆動するときにも、任意に設定した電圧や電圧波形(電圧変化)を用いた圧電素子62(Pzij)駆動が可能となるので、階調性の向上も図ることが可能となる。
Accordingly, even when m × n piezoelectric elements Pz ij are driven as one block by the
なお、以上説明した本実施の形態は、本発明の一例を示すものであり、本発明の構成を限定するものではない。例えば、本実施の形態では、インクジェット記録装置10を例に説明したが本発明は、これに限らず、圧電素子を用いてインク液滴を吐出する任意の構成のインクジェット記録装置に適用することが可能である。
The present embodiment described above shows an example of the present invention and does not limit the configuration of the present invention. For example, in the present embodiment, the
また、本実施の形態では、列制御信号Ljを同期信号として、画像データに応じた圧電素子Pzijの駆動を、行信号Ri(行制御信号Ri1、Ri2又は行制御信号Ri1、Ri2、Ri3)によって行うようにしたが、行信号Riを同期信号として、画像データに応じた圧電素子Pzijの駆動を列制御信号Liによって行うようにしても良い。 In this embodiment, the column control signal L j is used as a synchronization signal to drive the piezoelectric element Pz ij according to the image data as a row signal R i (row control signal R i1 , R i2 or row control signal R i1. , R i2 , R i3 ), but it is also possible to drive the piezoelectric element Pz ij according to the image data by the column control signal L i using the row signal R i as a synchronization signal.
さらに、本実施の形態では、液滴吐出装置としてインク液滴を吐出して画像記録を行うインクジェット記録装置を例に説明したが、本発明はこれに限らず、アクチュエータとしてピエゾ素子などの圧電素子を用いて液滴を吐出する任意の構成の液滴吐出装置に適用することが可能である。 Furthermore, in the present embodiment, an example of an ink jet recording apparatus that performs image recording by ejecting ink droplets as the liquid droplet ejecting apparatus has been described. However, the present invention is not limited thereto, and a piezoelectric element such as a piezoelectric element is used as an actuator. The present invention can be applied to a droplet discharge apparatus having an arbitrary configuration that discharges droplets by using the.
10 インクジェット記録装置(液滴吐出装置)
30 記録ヘッドアレイ(液滴吐出ヘッド)
32 ヘッドユニット(液滴吐出ヘッド)
60 コントローラ(駆動制御手段)
62、Pzij 圧電素子
64 液滴イジェクタ
66 駆動制御回路(駆動制御手段、列制御手段、行制御手段)
68 駆動IC
70 マトリックス駆動回路
72、100、100A 行制御回路(行制御手段)
74 ゲートスイッチ(スイッチング素子)
76 スイッチ回路(行制御手段)
78A ゲートスイッチ(第2のスイッチング素子)
78B ゲートスイッチ(第1のスイッチング素子)
78C ゲートスイッチ(第3のスイッチング素子)
Lj(L1〜L3) 列制御信号
Ri(R1〜R4) 行信号
Ri1〜Ri3(R11〜R43) 行制御信号
10 Inkjet recording device (droplet ejection device)
30 Recording head array (droplet discharge head)
32 Head unit (droplet discharge head)
60 controller (drive control means)
62, Pz ij
68 Driving IC
70
74 Gate switch (switching element)
76 Switch circuit (row control means)
78A Gate switch (second switching element)
78B Gate switch (first switching element)
78C Gate switch (third switching element)
L j (L 1 to L 3 ) Column control signal R i (R 1 to R 4 ) Row signal R i1 to R i3 (R 11 to R 43 ) Row control signal
Claims (8)
行列形式に電気的に接続された複数の前記圧電素子のそれぞれに対して圧電素子の一方の端子を接地可能とする複数のスイッチング素子を設け、
前記スイッチング素子のオン・オフを切り替える列制御信号を前記圧電素子の列単位で入力すると共に、
前記圧電素子の他方の端子側を、所定電圧の印加状態、接地状態及び開放状態に切り替える行信号を圧電素子の行単位で入力して、
前記圧電素子の一対の端子間に電圧変化を形成することにより前記液滴イジェクタから液滴を吐出する、
ことを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。 A plurality of droplet ejectors that eject droplets from nozzles in accordance with a change in voltage applied to the piezoelectric element, and a droplet ejection head driving method for ejecting droplets from each of the droplet ejectors,
Provided with a plurality of switching elements capable of grounding one terminal of the piezoelectric element for each of the plurality of piezoelectric elements electrically connected in a matrix form,
A column control signal for switching on and off of the switching element is input in units of columns of the piezoelectric element, and
A row signal for switching the other terminal side of the piezoelectric element to a predetermined voltage application state, a ground state, and an open state is input in units of rows of the piezoelectric element,
Discharging a droplet from the droplet ejector by forming a voltage change between a pair of terminals of the piezoelectric element;
A method for driving a droplet discharge head.
複数の前記圧電素子を行列形式に電気的に接続するとき、複数の圧電素子のそれぞれに対して設けられて圧電素子の一方の端子を接地可能とするスイッチング素子を列単位で制御可能に接続すると共に、圧電素子の他方の端子側を圧電素子の行単位で接続するマトリックス回路と、
前記スイッチング素子を前記圧電素子の列単位でオン・オフする列制御信号を前記マトリックス回路へ入力する列制御手段と、
前記圧電素子の他方の端子側を、前記所定電圧の印加状態、接地状態及び開放状態に切り替える行信号を圧電素子の行単位で前記マトリックス回路に入力する行制御手段と、
前記列制御手段の前記列制御信号の出力及び前記行制御手段の前記行信号の出力を制御することにより、前記圧電素子のそれぞれを駆動して前記液滴イジェクタから液滴を吐出する駆動制御手段と、
を含むことを特徴とする液滴吐出装置。 A plurality of droplet ejectors that each eject droplets from a nozzle in response to a voltage signal applied to the piezoelectric element;
When the plurality of piezoelectric elements are electrically connected in a matrix form, switching elements provided for each of the plurality of piezoelectric elements and capable of grounding one terminal of the piezoelectric elements are connected in a controllable manner in units of columns. And a matrix circuit for connecting the other terminal side of the piezoelectric element in units of rows of the piezoelectric element;
Column control means for inputting a column control signal for turning on / off the switching element in units of columns of the piezoelectric elements to the matrix circuit;
Row control means for inputting a row signal for switching the other terminal side of the piezoelectric element to the application state, the ground state, and the open state of the predetermined voltage to the matrix circuit in units of rows of the piezoelectric element;
Drive control means for controlling the output of the column control signal of the column control means and the output of the row signal of the row control means to drive each of the piezoelectric elements and eject droplets from the droplet ejector. When,
A droplet discharge apparatus comprising:
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